兰炭的改性及其对苯酚的吸附性能分析
摘要：采用磷酸对竹制的活性炭改性，并将改性后的兰炭末用于对污水中的苯酚进行吸附处理。通过静态吸附实验研究改性兰炭末研究不同磷酸浸渍比对活性炭吸附苯酚性能的不同效果。并且以此为基础使用氯化锌与磷酸进一步调整兰炭的浸渍比，使用两步法对兰炭进行改性并且制备出对苯酚吸附性能较好的优质兰炭。
关键词:兰炭；苯酚；磷酸；吸附性能
废水中的苯酚是一种常见的毒性强烈的物质，含苯酚的废水在工业有机废水中普遍存在。即使低浓度的苯酚也对人体和微生物也有很大的毒害作用。随着焦化行业的发展，具有苯酚的废水排放量也随之增多，对河流的污染也是越来越严重，因此含有苯酚的废水处理问题日益成为人们以及环保部门关注的焦点。苯酚的特点是：结构的稳定性很强，并且不易分解，因此处理起来难度系数高。目前国内外环境保护及污水治理方面的热门课题是如何环保高效的治理含有苯酚的废水。
一、我国目前研究现状
目前国内常用的治理苯酚的技术有：吸附技术、光催化降解技术和生物降解技术，由于活性炭的孔隙结构比较发达和表面积庞大，同时拥有丰富的官能团、稳定的化学性质、不溶解于水而且还可以重复利用，因此有机污染物的处理最好是用活性炭。但是活性炭的品种不是很多，技术含量不高，缺乏功能型高品质专业活性炭。因此利用某种技术对活性炭进行改性处理，制造出可以对特定的污染物进行高效、进化深度高的功能型活性炭是目前研究的重点。
二、过程与方法
本次实验使用了两种改进剂：磷酸和氯化锌，通过调节改进剂和绝干物料的浸渍比率，可以得到孔隙结构稳定，表面积大，并且对苯酚的吸附效果很强的优质活性炭。
材料与试剂：本次实验选用的为本地竹屑，磷酸（A R）、氯化锌（A R）、盐酸（A R），其中磷酸（A R）、氯化锌（A R）、盐酸（A R）生产制造商为天津市科密欧化学试剂有限公司生产。
仪器与机械：高温管式电阻炉、电热鼓风干燥箱
样品制备：（1）先取4克的竹屑然后将其与一定量的磷酸溶液混合，并充分搅拌，使溶液均匀，然后制备出三份不同质量比的磷酸浸渍试剂；放置12小时后分别放到80摄氏度的烘箱中烘干，使其充分干燥；（2）把（1）中的浸渍试剂分别放入高温管式炉中，并控制温度使其保持在一定的高度，再通入一定量的氮气并加热至所需要的活化温度，活化一段时间后，让样品冷却到室温相同的温度后，停止氮气排放，最后取出调制好的样品；（3）把蒸馏水加热，然后用于洗涤过滤活化样品，直到样品试剂呈现出中性，最后把它们都放进烘箱烘干燥用作备用；（4）把第（3）步中得到的活性炭样品和氯化锌溶剂混合，并搅拌均匀后静置，再进行干燥；（5）把第（4）步干燥后的样品放进高温管式炉中，用150L/min的流量通入氮气，使用智能温控仪器控制温度，以10℃/min为梯度等梯度加热至所需要的活化温度，活化一段时间，等到样品冷却到和室温一致，停止氮气的排放并拿出调剂好的样品；（6）在烧杯中酸洗250毫升，0.1 mol/L的盐酸溶液，再使用加热过的蒸馏水洗涤并过滤试剂至达到中性，最后放入烘箱中烘干。
实验方法：称取0.5克的干燥样品并放在干燥的100毫升碘的烧瓶中，然后加入10毫升的盐酸，并把溶液放在电炉中进行加热至到溶剂沸腾，等到试剂冷却到和室温一致的温度后向里面倒入50.0mL的0.1mol/L碘标准溶液，在震荡机上震荡10分钟左右，快速过滤并放进干燥的烧杯中，加入100毫升的水，并用0.1mol/L的硫代硫酸钠溶液进行滴定，当溶液呈现出淡黄色时，再放入2毫升的淀粉指示液，继续滴定直到溶液没有颜色然后记录下所用硫代硫酸钠的体积。
活性炭吸附值的测试：（1） 浓度为1g/L的苯酚溶液。准确的取出1.000克的苯酚溶液溶于500毫升的温水中并冷却。
（2）称取溴酸钾2.78g及溴化钾10g溶于水中稀释至1000ml配置溴酸钾-溴化钾溶液
（3）称取1.0g可溶性淀粉，加水10ml，搅拌注入190ml的沸水中，缓缓煮沸10min左右，冷却并放置二周后，过滤于棕色瓶中备用。
C1=m/(V1-V2)×0.04903
（V1为硫代硫酸钠溶液用量；V2为空白试验的硫代硫酸钠溶液用量）
试验结果：苯酚的吸附值按式（2）计算
A=15.68×C1（V1-V2)×5/m（15.68为1/6苯酚的摩尔质量
结果分析：当吸附时间不断增加时，不同浸渍液比的活性炭吸附值发生了变化，但是浸渍比为1:3时，得到的改性活性炭的吸附值最佳。
三、结语：
与没有经过磷酸改性的活性炭作比较，改性后的活性炭的吸附能力明显提高了很多，改性活性炭的吸附效果达到最好的状况时，浸渍比率为1比3，但是这里的1:3的浸渍比并不够精确，还可能浸渍比为介于1：2到1:4之间的2:5 3:8等等都是有可能的，还有待于进一步的研究与探讨。另外，在本次实验中只是使用了磷酸来对活性炭进行改性，那么其他的改性呢？例如：磷酸加氯化锌对活性炭进行改性？那么它的浸渍比为多少时改性效果能达到最佳？这两种改性，哪种的改性效果更好呢？等等这一系列的问题还值得进一步的思考、研究与讨论。所以任何一个实验的结束并不是真正的结束，而是另一个实验的开始。我们要怀着对实验浓厚的兴趣和科学不懈的专研精神来认真对待每一次实验。
参考文献：
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[2] 史艳茹. 木质纤维素-g-丙烯酸/蒙脱土水凝胶制备及吸附性能研究[DB]. https://www.kj009.net. 2013
[3] 曹春艳,于冰,赵莹莹. 有机改性膨润土处理含油废水的研究[J].硅酸盐通报. 2012(06)
项目信息：2017年度安徽高校自然科学研究重点项目《兰炭的改性及其对苯酚的吸附性能研究》 项目编号：KJ2017A902
项目主持人：方皓文 项目所在单位：桐城师范高等专科学校
